With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). При такива екстремни физически условия материята се йонизира напълно в плазма и изключително леките електрони могат да бъдат директно ускорени от електрическото поле на лазера -процес, известен като директно лазерно ускорение (DLA). Този процес служи като фундаментална основа за много гранични области, включително усъвършенствани ускорители, високо-енергийни източници на радиация и атосекундна наука.
Традиционната DLA технология обаче отдавна е измъчвана от едно основно предизвикателство: тя разчита предимно на надлъжната пондеромоторна сила на гаусовите лазери за задвижване. И все пак, напречната пондеромоторна сила на Гаусов лазер показва Гаусово разпределение, което неизбежно избутва електроните навън. Това сериозно възпрепятства стабилното ускоряване на електроните и се е превърнало в "тясно място" проблем в полето.
За да преодолее това предизвикателство, изследователският екип на SIOM иновативно разшири структурираните лазерни полета в експерименти за ускоряване на електрони. Те използваха уникалното кухо разпределение на интензитета и присъщия орбитален ъглов импулс на лазерите на Laguerre-Gaussian (LG) за прецизно манипулиране на електрони. Експерименталните резултати показват, че кръгово поляризираните LG лазери- с лява ръка притежават уникално надлъжно електрическо поле върху оптичната ос. В комбинация с ефекта на напречно фокусиране, това успешно формира стабилна ускоряваща структура "вакуумен балон". Тази структура е подобна на плазмените мехурчета в класическото ускоряване на следното поле, осигурявайки идеална среда за стабилно и високоефективно ускоряване на електрони.
Това постижение не само запълва празнината в експерименталната проверка на релативистичния LG лазер-DLA, но също така значително подобрява стабилността и колимацията на електронния лъч. Освен това градиентът на ускорение в лазерното поле на LG е право пропорционален на интензитета на лазера и е независим от последващата сложна плазмена среда. Тази уникална характеристика открива напълно нов път за създаване на компактни ускоряващи структури с микрометров-мащаб, потенциално превръщайки концепцията за „компактни ускорители“ в реалност. С по-нататъшна оптимизация в бъдеще се очаква тази технология да бъде широко приложена в ултрабързата физика, науката за материалите и медицинските изображения, като стимулира развитието на скок в множество дисциплини.
